面向激光阵列打印的3D模型多连通域数据表征优化方法研究

发布时间：2020-05-20 19:26

【摘要】：一次面成形技术是未来3D打印的发展方向,它颠覆了传统点线成形,制造效率可提高几十至成百倍。一次面成形时,激光阵列需要有非常高的分辨率,导致3D几何模型数据量非常巨大。为此,本文对截面多连通域数据的表征优化进行研究,主要包括基于模型表面轮廓线的截面相似性判断方法和基于稀疏矩阵的智能分块优化算法,旨在降低截面多连通域的数据存储量,提高打印的分辨率和零件的精度。第一章介绍了本文的研究背景及意义,综述了金属3D打印、CAD模型特征识别及多连通域数据表征优化的国内外研究现状,并对本文的主要研究内容和结构框架进行了阐述。第二章研究了3D打印几何模型截面多连通域的栅格化技术,描述了STL模型所产生孔洞、冗余点等问题的优化方法,介绍了3D打印几何模型截面多连通域的获取流程。通过栅格化的方法,对截面多连通域进行处理,获得了易于处理的栅格化点阵和稀疏矩阵。第三章提出了基于模型表面轮廓线的截面多连通域相似性判断方法,采用最小包围盒的方法求解了几何模型的近似中轴线,分类介绍了三种模型的表面轮廓线获取方法。分析了各相邻分层之间的微小轮廓线段,求出了相邻分层的截面多连通域重合度。确定了各个分层的截面连通域矩阵表示和相邻分层的差矩阵表示,为第四章的智能分块优化算法奠定了基础。第四章提出了基于稀疏矩阵的多连通域智能分块优化算法,分析了稀疏矩阵中存在特殊非零块的概率统计期望,确定了不规则非零块在稀疏矩阵中的占比。求取不规则非零块的边界点,对稀疏矩阵进行了智能分块存储。并与传统CRS算法和BCRS算法进行了比较,得出智能分块优化算法更具有优势。第五章通过发动机缸体模型和多孔金属网环模型的实例,验证了基于模型表面轮廓线的截面多连通域相似性判断方法和基于稀疏矩阵的多连通域智能分块优化算法在多连通域数据表征优化方面的适用性。第六章对全文的研究内容和创新点进行了总结,并对文中的不足和后续工作进行了展望。
【图文】：

性激光培■化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋Ｌａｓｅｒ邋Ｍｅｌｔｉｎｇ，邋ＳＬＭ）、激光工程化净成形（Ｌａｓｅｒ邋Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋Ｎｅｔ逡逑Ｓｈａｐｉｎｇ，邋ＬＥＮＳ）、电子束选区熔化（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｓｅｌｅｃｔｉｖｅｍｅｌｔｉｎｇ，邋ＥＢＳＭ）【１０］，其中邋ＳＬＭ逡逑技术成形原理如图１．１所示。逡逑ｈ扩束镜逦振镜逡逑激光器邋＿邋—逡逑Ｓ邋［逦Ｉ逡逑聚焦镜逡逑！逡逑打印台逡逑图１．１邋ＳＬＭ技术成形原理示意图逡逑国外金属３Ｄ打印起步较早，现在已经发展的相当成熟。２００４年Ｋｒｕｔｈ等｜｜｜］将ＳＬＭ逡逑工艺应用于不同类型颗粒混合物中，讨论了出现的不同现象，，并描述了工艺优化。２００８年逡逑？（？等［１２］使用增材制造工艺ＳＬＭ，在铸造钴－铬合金基板（Ｃｏ－２８Ｃｒ－６ＭｏＡＳＴＭ）上制备多逡逑孔钛和钽涂层，对形成的裂纹进行了研究。２０１４年Ｍａｌｌｉｋ等采用ＬＥＮＳ工艺，使用两逡逑个水平的三个不同工艺参数来制造用于田口方法的Ｌ４正交阵列的样品，从而进行硬度测逡逑试。２０１６年Ａｌｇａｒｄｈ等利用ＥＢＳＭ工艺制造零件，并对零件表面形态、微观结构和拉逡逑伸性能进行评估。Ｓｍｉｔｈ等【｜５】通过空间分辨声光谱技术对ＳＬＭ工艺成形的几何部件表面逡逑２逡逑

采用光寻址光阀技术，可实现“迄今最快’’的金属部件的３Ｄ打印。该技术的逡逑激光阵列类似于液晶投影仪，打印时模型的数据量非常巨大，目前还停留在实验室的微小逡逑金属打印阶段［８】，其打印原理图如图１．２所示。逡逑现有的大部分金属３Ｄ打印成形工艺已经相当完善，主要的研究主要集中在金属３Ｄ逡逑打印的工艺参数和成形效果，而对于新型的金属一次面成形技术，目前的研究还处于起步逡逑阶段。逡逑３逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.73;TN249

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本文编号：2673085